预锻模形状设计优化的新方法──微观遗传算法

锻造过程实现净形和近净形制造关键是优化预锻模的设计。引入一种可对预锻模形状进行设计优化的新方法--微观遗传算法，并用此方法对平面应变方坯锻造进行了预锻模形状设计优化，目标是消除锻件的侧面鼓形效应。设计结果表明优化效果显著。

微观遗传算法在预锻模优化设计中的应用

锻造过程实现净形和近净形制造最关键的一点是对预锻模进行优化设计。本文用微观遗传算法对H型截面锻件进行了预锻模优化设计,以实现此锻件的无飞边锻造。设计结果表明优化效果显著。而且用遗传算法进行预锻模优化设计,可充分利用现有的CADCAE软件,既保持软件的独立性,又能实现两者的双向集成。

材料塑性成形过程最优化设计—Ⅰ 有限元灵敏度分析方法

本文采用有限元方法建立了一种非稳态材料塑性成形过程的灵敏度分析理论和模具形状优化设计方法。采用三次Ｂ样条函数描述预成形模具形状，Ｂ样条函数的控制点坐标（系数）作为优化设计变量，通过对控制点坐标的优化设计，使实际终成形件形状与理想终成形件形状之间的差别最小，从而实现预成形模具形状的优化设计，详细建立了目标函数、有限元节点坐标、节点速度对优化设计变量的解析灵敏度方程及其彼此之间的数学关系。

材料塑性成形过程最优化设计—─灵敏度分析方法在模具设计中的应用

本文在已发表的基于有限元灵敏度分析的模具形状优化设计方法一文的基础上， 给出这一方法的具体应用技术。介绍有限元灵敏度分析和模具形状优化设计的步骤； 讨论网格再划分技术以及灵敏度参量的数据传递； 提出解决有限元分析大变形问题的体积损失问题的方法及其与优化迭代收敛性的关系。最后应用该灵敏度分析方法对锻造过程进行模具形状优化设计。设计结果表明， 采用优化设计的预锻模具所得到的终锻件形状与所要求的理想终锻件形状十分接近。

主动螺旋伞齿轮闭塞模锻物理模拟

根据金属流动趋势设计了主动螺旋伞齿轮的预制坯;开式模锻螺旋伞齿轮试验结果显示,模具结构复杂,所产锻件有飞边;采用闭塞模锻成形了螺旋伞齿轮铅试件,揭示了闭塞模锻主动螺旋伞齿轮成形过程,说明了用闭塞模锻工艺成形主动螺旋伞齿轮的可行性;通过铅试件网格试验,揭示出在闭塞模锻中金属内部质点的流动规律、金属流线分布趋势及纤维状况,说明了锻造齿轮内在质量高的原因;提出采用局部加热,以工件柄部代替大端冲头,设计大、小端双动冲头闭塞模锻模具的创意.研究结果表明,螺旋伞齿轮闭塞模锻铅试样物理模拟对该类零件精密成形工艺制定及模具设计具有重要指导意义.

预锻模具形状优化设计与有限元灵敏度分析

采用刚-粘塑性有限元灵敏度分析方法研究锻造过程的预锻模具形状优化设计问题。表示预锻模具形状的三次B样条曲线的控制系数用作设计变量。以实际终锻件与理想终锻件的形状差异为目标函数,给出了与设计变量有关的目标函数、节点坐标和节点速度等方面的灵敏度及其数学关系。对于典型的轴对称锻造过程,优化设计的预锻模具形状可获得理想的终锻件形状。

TC4深筒形件超塑预成形模具型面设计及变摩擦厚度控制

以正反向超塑成形厚度均匀的TC4钛合金深筒形件为背景(厚度精度要求1.6mm±0.2mm),设计了多种预成形模形状,采用MSC.MARC有限元模拟研究了不同形状的预成形模对深筒形件侧壁厚度分布的影响,并分析了预成形模和终成形模的表面摩擦系数分别对成形件壁厚分布的影响,提出了模具型面变摩擦控制厚度分布的方法。结果表明:预成形模对压边部分环形带区域和筒形件底部区域的局部预减薄,对最终侧壁的厚度分布有非常大的改善。同时,合理地增大预成形模的表面摩擦能显著增加预成形的局部减薄作用,对于提高工件最终壁厚分布均匀性有利。减小终成形模的摩擦,可以使板料整体变形均匀化,壁厚分布趋于均匀。根据有限元分析结果,对模具表面进行处理,并通过正反向超塑成形实验制得TC4钛合金深筒形件,其厚度分布满足1.6mm±0.2mm。

有限元模拟在后轴支架锻造设计中的应用

针对汽车后轴支架,进行锻造过程三维有限元模拟和工艺、模具设计。采用刚粘塑性有限元模拟技术,得到锻件内部应力场、应变场等参数,分析了这些参数对锻件塑性变形的影响。在此基础上,对此类锻件传统的锻造工艺进行了改进,将预锻工序由开式模锻改进为封闭飞边闭式模锻。同时,模具设计重点从预成形设计考虑,给出了合理的制坯模具设计。在40MN热模锻压力机上进行了试验,试验表明,模拟结果和实际成形过程吻合良好。

基于DEFORM逆向运算的预锻件优化

以DEFORM-2D软件Preform Optimization模块为平台,以B样条曲线表示预锻件模具型腔形状,运用刚塑性有限元理论进行逆向分析,以锻件的应变差值尽可能小作为目标函数,对预锻件的形状进行优化。优化后的预锻件经终锻后能使模具型腔充满,生产出符合实际形状尺寸需要的轮毂零件;而且工件的变形均匀,应变梯度较小;同时还使得终锻模的最大等效应力减小约29%。研究表明,此优化方法适合复杂零件的预锻件优化。

摩擦对叶片精锻预成形毛坯放置位置影响规律的研究

利用自行开发的叶片锻造过程三维有限元模拟分析系统对不同预成形毛坯在不同摩擦条件下材料充填模腔的过程进行了模拟分析,获得了叶片精锻过程中摩擦对预成形毛坯在模具中放置位置的影响规律:当摩擦因数较小时,材料首先充满左侧型腔,此时,要获得合格叶片精锻件,需将预成形毛坯在模具中的放置位置向右移动,不同截面右移的距离大约是叶片该型面弦长的5％-10％。随着摩擦因数的增大,材料几乎同时充满模具左右侧型腔,说明在该条件下预成形毛坯在模具中的放置位置是比较合理的。该研究对叶片精锻工艺的优化设计具有重要的指导意义。

先内后外模锻技术及其应用

介绍了一种所谓“先内后外”的模锻技术，该技术为先让材料充满模膛，然后再把多余的材料排出模外。采用该技术，可控制住飞边，实现少、无飞边的模锻。结合设计应用，叙述了为实现该技术而使用的基于上限元法（ＵＢＥＴ）的反向模拟方法。

铝合金熔体在强化相间的流动行为与压力浸渗过程动力学

本文描述了铝合金熔体在压力驱动下浸渗不同几何形貌强化相过程中的微观流动行为 ;提出了在挤压条件下 ,熔体在强化相预成形块间隙中单向浸渗的流体动力学模型并阐述了浸渗过程的动力学特征。讨论了压力在熔体浸渗强化相间隙过程中的影响 ;阐述了熔体微观流动对熔体动态浸渗强化相间隙及浸渗质量的影响。

预制坯形状尺寸和成形方法对铝合金连杆体闭塞锻造成形的影响

利用Deform-3D有限元软件对铝合金连杆体的闭塞锻造过程进行了数值模拟,研究了预制坯形状尺寸和成形方法对成形过程的影响,揭示了铝合金连杆体在闭塞锻造成形过程中成形缺陷的产生原因。模拟结果能为铝合金连杆体闭塞锻造成形工艺的制定提供指导。

基于UBET和FEM的模锻件预成形设计

提出了一种用于锻造过程预成形模拟设计的新方法——基于 U BET和 FEM的混合正 /反向模拟预成形设计技术 ,即先用 UBET进行反向模拟 ,快速找出可能的预锻件或初始坯料 ,再用 FEM进行正向模拟验证 ,必要时可根据正向模拟结果对坯料或预锻件进行修改 ,使之能够达到完全充满型腔且飞边尽可能小的最佳效果。应用 U BET和FEM的混合正 /反向模拟预成形设计技术进行预成形设计 ,并与实验结果进行对比 ,结果与实测值基本吻合。

水泵钳小飞边模锻工艺优化研究

通过DEFORM-3D数值模拟分析,对某型号水泵钳进行了成形工艺改进,提出了基于楔横轧精密制坯的小飞边模锻工艺。该工艺显著提高了材料利用率和成形质量,具有很好的生产应用前景。

基于刚粘塑性有限元模拟的汽轮机叶轮模锻的预成形优化

针对汽轮机叶轮模锻的预成形设计,本文建立了以打击能耗最低和模具作用载荷最小为目标函数,以完全填充为约束条件,以坯料初始高径比为优化变量的预成形坯料优化方案。利用刚粘塑性有限元方法模拟汽轮机叶轮等温模锻成形过程,具体分析了不同坯料初始高径比对成形载荷、塑性应变能以及分流面的影响。数值模拟结果表明获得的预成形H/D最佳尺寸可明显减少模锻锤击次数和模具磨损。所提出的有限元模拟预成形优化方法十分有效,克服了以往凭经验设计的弊端。

轴承外圈闭式模锻预制坯形状仿真优化研究

运用有限元软件对轴承外圈闭式模锻成型进行了数值模拟。研究了三种预制坯方法对模锻过程中金属流动、模具受力、应力应变和温度的影响。以提高变形均匀性和降低载荷为目的,给出了合理的预制坯形状,为轴承外圈和类似锻件的闭式模锻工艺设计提供了依据。

导电插片连接件级进模设计

通过针对该制件的结构特点分析,对模具制造方案进行比较及所需设计、加工的级进模全部成形工艺及工序排列的过程和排样方案的确定。同时介绍了模具主要工作零件及模具的总装结构设计。

螺旋伞齿轮复动闭式模锻模具

通过对小锥角螺旋伞齿轮塑性成形金属流动的分析,设计了螺旋伞齿轮预制坯形状和在通用压力机上使用的复动闭式模锻模具,成形出小锥角螺旋伞齿轮锻件。揭示了使用复动闭式模锻模具成形小锥角螺旋伞齿轮的可行性。

喷嘴盖板级进模设计与制造

为了解决斜面翻边毛坯定位难的问题,喷嘴盖板级进模采用了成对成形的方法,达到了定位准确可靠的目的。斜面翻边需两次成形,周边翻边的半成品在工位间的传递较为困难,为了解决该问题,喷嘴盖板级进模采用载体两侧开工艺槽的方法,达到了预期效果。喷嘴盖板级进模一次冲两件,效率高,成形的制件表面光滑、形状精确。